CN112231805B - 一种基于大数据的组合梁斜拉桥索力估计方法 - Google Patents

一种基于大数据的组合梁斜拉桥索力估计方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于大数据的组合梁斜拉桥索力估计方法：步骤1，确定组合梁斜拉桥中的关键参数；步骤2，选取若干座组合梁斜拉桥，分别计算其合理索力，并根据上述选择的参数，对数据进行离散和模糊处理；步骤3，针对目标组合梁斜拉桥，对每一根斜拉索的每一次张拉力进行概率估计，选取最大可能张拉索力估计值作为其施工索力，进而计算得到目标组合梁斜拉桥的每一根斜拉索的成桥索力。本发明以大数据为基础，使用特殊的离散和模糊处理技术，利用贝叶斯估计求得施工索力最大可能值，从而获得成桥索力，适用性良好、计算效率高、优化效果好、提升了设计效率。

Description

一种基于大数据的组合梁斜拉桥索力估计方法
技术领域
本发明涉及市政工程，特别涉及一种基于大数据的组合梁斜拉桥索力估计方法。
背景技术
桥梁是能够跨越沟谷、河流、既有道路、结构等，并使车辆或行人通过的构筑物。其中，由塔、梁、拉索作为主要受力构件，拉索直接承担重力，主梁承担轴力和局部弯矩的桥梁被称为斜拉桥。由钢主梁和混凝土桥面板为主梁的斜拉桥称为组合梁斜拉桥，其具有跨越能力好，适用性强，造价适中等特点，目前组合梁斜拉桥在200～600m较大跨径的桥梁里是最有竞争力的桥型。
由于斜拉桥是多约束超静定结构，拉索多，索力可调整，存在多种满足要求的成桥受力状态。采用不同的成桥索力优化算法得到的合理成桥状态可能相差较大。斜拉桥索力调整可分为两个部分：成桥(状态)索力和施工(状态)索力。其中成桥索力是为了确保桥梁结构建成后的整体受力性能满足设计要求，而斜拉桥的施工过程较复杂，需要经过多次索力调整，施工状态索力就是为了在确保施工过程结构状态良好的情况下，完成施工时可以达到成桥状态索力。
目前成桥状态索力调整的主要方法可以分为以下几种：
(1)指定状态索力优化法，该方法以目标位置的位移或内力等状态作为控制目标，在合理约束下进行优化，典型代表是刚性支撑连续梁法、零位移法等；该类方法的应用较早，目标明确，原理简单，计算便捷，但优化效果有限，部分索力误差较大，甚至会出现负值，实际施工过程中，往往不能严格遵循指定的状态，后期调整工作量大。
(2)无约束优化法，该类方法弱化结构的约束条件，只以桥梁在索力作用下，某项关键指标达到极值为目标，典型代表是最小弯矩平方和法和最小弯曲能量法；该类方法易于计算机操作，运算速度较块，目前仍广泛应用，但其对特殊索力的优化有一定误差，容易出现索力的波动，受主梁相对刚度影响，优化方向不容易控制，需要进一步处理。
(3)有约束的优化法，该类方法也是以某项关键指标达到极值为目标，但是在求解的过程中加入了一定的约束条件，如控制截面的内力，限制结构位移等，典型代表是用索量最小法。该类方法根据实际情况施加适当约束，加快优化速度，能够更有效控制优化结果，但需要根据实际结构进行适当的参数调整，对设计人员的经验要求较高，实际应用效果与约束情况紧密相关，单一目标约束不尽合理，必须合理确定约束方程，否则易出现索力明显不合理的情况。
(4)影响矩阵优化法。该类方法既可以用于确定成桥索力，又可以用于施工索力调整，能够计入预应力、活载、收缩徐变等影响，是一种较完备的斜拉桥索力优化理论。但其对使用者的理论要求较高，需要设置适当约束条件，确定参数的选择，进行参数的调整，其计算复杂，一般需要相应软件配合计算，实际普遍推广难度大。
(5)其他优化方法。主要包括遗传算法和粒子群算法等。该类方法往往能够得到更优秀的结果，但计算量较大，对算法参数的选择和计算机性能要求较高，计算耗时长，成本较高，多应用于斜拉桥设计的后期或实际施工监控时精确索力的确定。
在确定成桥状态索力之后，就需要根据施工情况确定不同阶段的施工状态索力，以确保桥梁施工完成后能够达到前述成桥状态，目前施工状态索力调整的方法主要可以分为以下几种：
(1)倒拆分析法。该方法原理清晰简洁，计算量可控。但其对于合龙力、非线性、混凝土收缩徐变等施工阶段因素影响，该方法不能很好考虑或计算难度较大，导致该方法的计算索力难以直接形成目标成桥索力，结构内力差异较大，后期需要进行一定范围的调整。
(2)正装迭代法。该方法以成桥状态为基础，利用适当的误差分析方法，通过反复正装迭代计算得到各施工阶段合理索力。该方法应用最广，理论上能够解决非线性等施工控制问题，但操作复杂，控制目标较多，收敛速度有差异，计算量较大。
(3)无应力状态法。该方法在保持结构各单元长度和曲率不变的基础上，对斜拉桥进行解构，确保无论通过任意施工过程达到最终成桥状态。该方法易于程序化，能取得较好的计算结果。但由于实际桥梁结构施工中，索力往往需要经过多次张拉，实际索力需要在该方法基础上进行较大调整。
以上是斜拉桥索力调整的主要方法。由于斜拉桥属于多约束柔性结构体系，又具有较复杂的几何和材料非线性特性，桥梁建设过程往往采用悬臂拼装的施工工艺，建设过程也与索力息息相关。
在现有索力调整方法中，有的较为快捷方便，但索力误差较大，需要后期人工调整，需要设计者拥有大量的实际经验；有的精准可靠，但是计算量很大，前期需要根据具体工程进行大量准备和分析工作，需要设计者掌握充分的工程和数学理论知识，对优化过程恰当的进行控制，索力调整耗时长，难于大范围推广。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种基于大数据的组合梁斜拉桥索力估计方法，本发明以大数据为基础，使用特殊的离散和模糊处理技术，利用贝叶斯估计求得施工索力最大可能值，从而获得成桥索力。
本发明所采用的技术方案是：一种基于大数据的组合梁斜拉桥索力估计方法，包括以下步骤：
步骤1，确定组合梁斜拉桥中的关键参数，其中，所述关键参数包括中跨跨径X1、中跨跨径与塔高的比值X2、边跨跨径与中跨跨径的比值X3、桥梁宽度X4、目标组合梁斜拉桥拉索位置X5，以及目标组合梁斜拉桥中的所有斜拉索中的其中任一斜拉索的第一次张拉索力代表值Y1、第二次张拉索力代表值Y2和第三次张拉索力代表值Y3；
步骤2，选取若干座关键参数Xi各不相同的组合梁斜拉桥，其中，i＝1,2,3,4,5，分别获取每一座组合梁斜拉桥中的每一根斜拉索的第一次张拉索力代表值Y1、第二次张拉索力代表值Y2和第三次张拉索力代表值Y3，并对每一座组合梁斜拉桥的中跨跨径X1、中跨跨径与塔高的比值X2、边跨跨径与中跨跨径的比值X3、桥梁宽度X4和目标组合梁斜拉桥拉索位置X5，以及该组合梁斜拉桥中的每一根斜拉索的第一次张拉索力代表值Y1、第二次张拉索力代表值Y2和第三次张拉索力代表值Y3进行离散和模糊处理；
步骤3，针对目标组合梁斜拉桥，对该目标组合梁斜拉桥的每一根斜拉索的第一次张拉索力代表值Y1、第二次张拉索力代表值Y2和第三次张拉索力代表值Y3进行概率估计，选取最大可能张拉索力估计值作为该斜拉索的施工索力，从而计算得到目标组合梁斜拉桥的每一根斜拉索的成桥索力。
进一步地，步骤1中，所述中跨跨径X1如式(1)所示：
X1＝Lmid (1)
式中，Lmid为目标组合梁斜拉桥中跨跨径；
所述中跨跨径与塔高的比值X2如式(2)所示：
Figure BDA0002706899160000041
式中，h为目标组合梁斜拉桥塔高；
所述边跨跨径与中跨跨径的比值X3如式(3)所示：
Figure BDA0002706899160000042
式中，Lside为目标组合梁斜拉桥边跨跨径；
所述桥梁宽度X4如式(4)所示：
X4＝W (4)
式中，W为目标组合梁斜拉桥桥梁宽度；
所述目标组合梁斜拉桥拉索位置X5如式(5)所示：
X5∈(-3.5,0)∪(0,3.5) (5)
式中，定义塔根位置为0，跨中位置为-3.5，过渡墩位置为3.5，辅助墩位置为2.5，其余位置线性插入；
其中，当选定某一组合梁斜拉桥时，该组合梁斜拉桥的中跨跨径X1、中跨跨径与塔高的比值X2、边跨跨径与中跨跨径的比值X3和桥梁宽度X4均是唯一确定的；当选定该组合梁斜拉桥的某一斜拉索时，目标组合梁斜拉桥拉索位置X5是唯一确定的；
在施工过程中，每一根斜拉索都需张拉三次，因此，所述目标组合梁斜拉桥中的所有斜拉索中的其中任一斜拉索的第一次张拉索力代表值Y1如式(6)所示：
Figure BDA0002706899160000043
式中，N1为该斜拉索第一次张拉索力；θ为斜拉索角度；Gs为该斜拉索所在节段主梁钢结构部分重力；Gc该斜拉索所在节段主梁混凝土结构部分重力；Ga为该斜拉索所在节段主梁其他荷载重力；
第二次张拉索力代表值Y2如式(7)所示：
Figure BDA0002706899160000051
式中，N2为该斜拉索第二次张拉索力；
第三次张拉索力代表值Y3如式(8)所示：
Figure BDA0002706899160000052
式中，N3为该斜拉索第三次张拉力；Gw为该斜拉索所在节段主梁结构附加重力；E为该斜拉索弹性模量；A为该斜拉索面积。
进一步地，步骤2中，所述的对每一座组合梁斜拉桥的中跨跨径X1、中跨跨径与塔高的比值X2、边跨跨径与中跨跨径的比值X3、桥梁宽度X4和目标组合梁斜拉桥拉索位置X5，以及该组合梁斜拉桥中的每一根斜拉索的第一次张拉索力代表值Y1、第二次张拉索力代表值Y2和第三次张拉索力代表值Y3进行离散和模糊处理如式(9)和式(10)所示：
Figure BDA0002706899160000053
Figure BDA0002706899160000061
式中，pi代表Xi模糊处理前相应参数的权重；pi,j代表Xi模糊处理后相应参数的权重；δi表示Xi的离散精度；pk代表Yk模糊处理前相应参数的权重；pk,j代表Yk模糊处理后相应参数的权重；δk表示Yk的离散精度；n表示设定个数，对于一个参数，对该参数模糊处理后得到2n+1个结果。
进一步地，步骤3进一步包括：
步骤3-1，对于目标组合梁斜拉桥的目标斜拉索，具有唯一一组输入数据：
Xi＝xi，i＝1,2,3,4,5 (11)
式中，xi为目标组合梁斜拉桥的目标斜拉索对应的Xi的输入数值；
步骤3-2，对于目标组合梁斜拉桥的目标斜拉索，确定相关基本数据，所述相关基本数据包括斜拉索重量、斜拉索截面尺寸、桥面板预应力种类、桥面板预应力数量、桥塔类型、桥塔截面尺寸和主梁截面尺寸；
步骤3-3，对该目标组合梁斜拉桥的每一根斜拉索，采用贝叶斯估计方法，依次对Yk可行域内的全部值求解估计概率，其中，可行域为步骤2中所有组合梁斜拉桥的所有斜拉索的Yk进行离散和模糊处理后得到的所有结果；
Figure BDA0002706899160000062
Figure BDA0002706899160000071
式中，P(Y1|X1,X2,X2,X3,X5)表示在X1,X2,X2,X3,X5给定的条件下，Y1的概率；P(Y1)表示Y1的概率；P(X1|Y1)表示在Y1给定的条件下，X1的概率；P(X2|Y1)表示在Y1给定的条件下，X2的概率；P(X3|Y1)表示在Y1给定的条件下，X3的概率；P(X4|Y1)表示在Y1给定的条件下，X4的概率；P(X5|Y1)表示在Y1给定的条件下，X5的概率；P(X1,X2,X3,X4,X5)表示X1,X2,X2,X3,X5的概率；
P(Y2|X1,X2,X2,X3,X5)表示在X1,X2,X2,X3,X5给定的条件下，Y2的概率；P(Y2)表示Y2的概率；P(X1|Y2)表示在Y2给定的条件下，X1的概率；P(X2|Y2)表示在Y2给定的条件下，X2的概率；P(X3|Y2)表示在Y2给定的条件下，X3的概率；P(X4|Y2)表示在Y2给定的条件下，X4的概率；P(X5|Y2)表示在Y2给定的条件下，X5的概率；
P(Y3|X1,X2,X2,X3,X5)表示在X1,X2,X2,X3,X5给定的条件下，Y3的概率；P(Y3)表示Y3的概率；P(X1|Y3)表示在Y3给定的条件下，X1的概率；P(X2|Y3)表示在Y3给定的条件下，X2的概率；P(X3|Y3)表示在Y3给定的条件下，X3的概率；P(X4|Y3)表示在Y3给定的条件下，X4的概率；P(X5|Y3)表示在Y3给定的条件下，X5的概率；
步骤3-4，对全部可行域内的Yk进行计算后，选取该目标斜拉索下Yk值的最大可能估计值：
对于任意的Yk＝yk,
Figure BDA0002706899160000073
k＝1,2,3
Figure BDA0002706899160000072
式中，yk为Yk可行域内数值，Ak为Yk的可行域，P(Yk＝yk|X1＝x1,X2＝x2,X3＝x3,X4＝x4,X5＝x5)表示在X1＝x1,X2＝x2,X3＝x3,X4＝x4,X5＝x5给定的条件下，Yk＝yk的概率；P(Yk＝yk)表示Yk＝yk的概率；
步骤3-5，将目标斜拉索下Yk值的最大可能估计值代入式(6)至式(8)，求出目标斜拉索的第一次张拉索力N1、第二次张拉索力N2和第三次张拉索力N3，即获得了斜拉索的施工索力；
步骤3-6，根据斜拉索的施工索力，求得斜拉索的成桥索力。
本发明的有益效果是：
(1)适用性良好。该方法基于常见的双塔组合梁斜拉桥，数据库中结构受力形式相近，通过调用不同类数据源，或对输出结果进行适当处理，使该方法可以适用于大多数大跨径斜拉桥：索面形式可以为单索面、双索面、密索、疏索；桥塔形式可以是混凝土塔、钢塔、独柱塔、双柱塔等。
(2)计算效率高。与常用的需要迭代计算的优化方法不同，该方法直接调用经过处理的原始数据库，经过直接的计算与比较，即可以给出各拉索索力的概率，进而估计出最佳拉索索力。因此该方法的计算耗时短，效率高，使用普通个人电脑一般在10s内即可给出最优估计解。
(3)优化效果较好。该方法计算精度主要依赖于数据库中的原始数据量，可以通过改进和增加数据库中的原始数据，得到更优的估计结果。实际结果表明，通过在原始数据库中输入20座各异的斜拉桥，其优化范围即可覆盖大部分常规斜拉桥，绝大部分斜拉索索力的估计误差在±10％以内，全桥斜拉索索力的平均估计误差在1％～3％左右，且全桥索力均匀，其结果有足够的精确度，能够支持桥梁初步设计或进行进一步索力优化；
(4)极大提升了设计效率。该方法容易程序化，易于输出主要结构设计软件对应的控制语言，直接进行建模计算。设计人员仅需输入跨径、塔高、边中跨比、桥宽、拉索布置和自重等几个必须的关键参数，即可获得全施工过程模型，且计算误差完全能够满足结构初步设计要求，并能为进一步索力优化提供一个很接近最优解的初始值，能够极大提升斜拉桥的设计效率。
附图说明
图1：本发明一种基于大数据的组合梁斜拉桥索力估计方法流程图；
图2：本发明的数据前处理流程图；
图3：本发明的数据后处理流程图。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
如附图1所示，本发明一种基于大数据的组合梁斜拉桥索力估计方法，以大数据为基础，使用特殊的离散和模糊处理技术，利用贝叶斯估计求得施工索力最大可能值，如图1所示，主要分为参数确定、数据前处理和数据后处理3部分：
1.参数确定
参数确定阶段，明确足够的能够确定组合梁斜拉桥主要特性的、相互独立性高的几个关键参数，其中，所述关键参数包括中跨跨径X1、中跨跨径与塔高的比值X2、边跨跨径与中跨跨径的比值X3、桥梁宽度X4、目标组合梁斜拉桥拉索位置X5，以及目标组合梁斜拉桥中的所有斜拉索中的其中任一斜拉索的第一次张拉索力代表值Y1、第二次张拉索力代表值Y2和第三次张拉索力代表值Y3。本实施例中，选取了五个输入参数和三个输出参数，但并不限于上述所选取的参数，可选择等价参数，或增删参数个数。
(1)输入参数
①中跨跨径X1：
X1＝Lmid (1)
式中，Lmid为目标组合梁斜拉桥中跨跨径；
②中跨跨径与塔高的比值X2：
Figure BDA0002706899160000091
式中，h为目标组合梁斜拉桥塔高；
③边跨跨径与中跨跨径的比值X3：
Figure BDA0002706899160000092
式中，Lside为目标组合梁斜拉桥边跨跨径；
④桥梁宽度X4：
X4＝W (4)
式中，W为目标组合梁斜拉桥桥梁宽度；
⑤目标组合梁斜拉桥拉索位置X5示：
X5∈(-3.5,0)∪(0,3.5) (5)
式中，定义塔根位置为0，跨中位置为-3.5，过渡墩位置为3.5，辅助墩位置为2.5，其余位置线性插入。
其中，当选定某一组合梁斜拉桥时，该组合梁斜拉桥的中跨跨径X1、中跨跨径与塔高的比值X2、边跨跨径与中跨跨径的比值X3和桥梁宽度X4均是唯一确定的；当选定该组合梁斜拉桥的某一斜拉索时，目标组合梁斜拉桥拉索位置X5是唯一确定的。
(2)输出参数
在常规施工过程中，每一根斜拉索都需张拉两次或三次，本申请中，设张拉次数为三次。
①斜拉索的第一次张拉索力代表值Y1：
Figure BDA0002706899160000101
式中，N1为该斜拉索第一次张拉索力；θ为斜拉索角度；Gs为该斜拉索所在节段主梁钢结构部分重力；Gc该斜拉索所在节段主梁混凝土结构部分重力；Ga为该斜拉索所在节段主梁其他荷载重力；
②斜拉索的第二次张拉索力代表值Y2：
Figure BDA0002706899160000102
式中，N2为该斜拉索第二次张拉索力；
③斜拉索的第三次张拉索力代表值Y3：
Figure BDA0002706899160000103
式中，N3为该斜拉索第三次张拉力；Gw为该斜拉索所在节段主梁结构附加重力；E为该斜拉索弹性模量；A为该斜拉索面积。
2.数据前处理
如图2所示，数据前处理阶段，选取若干座关键参数Xi(i＝1,2,3,4,5)各不相同的组合梁斜拉桥，其中，所选组合梁斜拉桥均为双塔三跨结构，并且，所选组合梁斜拉桥可以是现有的，也可以是新建立的；分别获取每一座组合梁斜拉桥中的每一根斜拉索的第一次张拉索力代表值Y1、第二次张拉索力代表值Y2和第三次张拉索力代表值Y3；由于数据量有限，组合梁斜拉桥优化索力的最终结果的不唯一性，因此，对每一座组合梁斜拉桥的中跨跨径X1、中跨跨径与塔高的比值X2、边跨跨径与中跨跨径的比值X3、桥梁宽度X4和目标组合梁斜拉桥拉索位置X5，以及该组合梁斜拉桥中的每一根斜拉索的第一次张拉索力代表值Y1、第二次张拉索力代表值Y2和第三次张拉索力代表值Y3进行离散和模糊处理，如式(9)和式(10)所示：
Figure BDA0002706899160000111
Figure BDA0002706899160000112
式中，pi代表Xi模糊处理前相应参数的权重；pi,j代表Xi模糊处理后相应参数的权重；δi表示Xi的离散精度；pk代表Yk模糊处理前相应参数的权重；pk,j代表Yk模糊处理后相应参数的权重；δk表示Yk的离散精度；n表示设定个数，对于一个参数，对该参数模糊处理后得到2n+1个结果。
离散和模糊处理的原则：a.范围涵盖估计的全部范围；b.使原始数据间能够相互验证和补充，即保证同一参数的最近原始数值能够相互修正；c.加权方法使各离散点等价；d.加权方法应方便大数据处理计算。
本实施例中，采用如上离散和模糊处理方式对各参数进行处理，也可选择其他可行的离散和模糊处理方式。
3.数据后处理
如图3所示，数据后处理阶段，针对目标组合梁斜拉桥，对该目标组合梁斜拉桥的每一根斜拉索的第一次张拉索力代表值Y1、第二次张拉索力代表值Y2和第三次张拉索力代表值Y3进行概率估计，选取最大可能张拉索力估计值作为该斜拉索的施工索力，从而计算得到目标组合梁斜拉桥的每一根斜拉索的成桥索力。
(1)对于目标组合梁斜拉桥的目标斜拉索，具有唯一一组输入数据：
Xi＝xi，i＝1,2,3,4,5 (11)
式中，xi为目标组合梁斜拉桥的目标斜拉索对应的Xi的输入数值；
(2)对于目标组合梁斜拉桥的目标斜拉索，确定相关基本数据，所述相关基本数据包括斜拉索重量、斜拉索截面尺寸、桥面板预应力种类、桥面板预应力数量、桥塔类型、桥塔截面尺寸和主梁截面尺寸；
(3)对该目标组合梁斜拉桥的每一根斜拉索，采用贝叶斯估计方法，依次对Yk可行域内的全部值求解估计概率，其中，可行域为步骤2中所有组合梁斜拉桥的所有斜拉索的Yk进行离散和模糊处理后得到的所有结果；
Figure BDA0002706899160000121
式中，P(Y1|X1,X2,X2,X3,X5)表示在X1,X2,X2,X3,X5给定的条件下，Y1的概率；P(Y1)表示Y1的概率；P(X1|Y1)表示在Y1给定的条件下，X1的概率；P(X2|Y1)表示在Y1给定的条件下，X2的概率；P(X3|Y1)表示在Y1给定的条件下，X3的概率；P(X4|Y1)表示在Y1给定的条件下，X4的概率；P(X5|Y1)表示在Y1给定的条件下，X5的概率；P(X1,X2,X3,X4,X5)表示X1,X2,X2,X3,X5的概率；
P(Y2|X1,X2,X2,X3,X5)表示在X1,X2,X2,X3,X5给定的条件下，Y2的概率；P(Y2)表示Y2的概率；P(X1|Y2)表示在Y2给定的条件下，X1的概率；P(X2|Y2)表示在Y2给定的条件下，X2的概率；P(X3|Y2)表示在Y2给定的条件下，X3的概率；P(X4|Y2)表示在Y2给定的条件下，X4的概率；P(X5|Y2)表示在Y2给定的条件下，X5的概率；
P(Y3|X1,X2,X2,X3,X5)表示在X1,X2,X2,X3,X5给定的条件下，Y3的概率；P(Y3)表示Y3的概率；P(X1|Y3)表示在Y3给定的条件下，X1的概率；P(X2|Y3)表示在Y3给定的条件下，X2的概率；P(X3|Y3)表示在Y3给定的条件下，X3的概率；P(X4|Y3)表示在Y3给定的条件下，X4的概率；P(X5|Y3)表示在Y3给定的条件下，X5的概率；
本实施例中，采用贝叶斯估计方法获得最大概率的施工索力，也可采用包括改进的贝叶斯估计方法在内的其他可行估计方法获得最大概率的施工索力；
(4)对全部可行域内的Yk进行计算后，选取该目标斜拉索下Yk值的最大可能估计值：
对于任意的Yk＝yk,
Figure BDA0002706899160000132
k＝1,2,3
Figure BDA0002706899160000131
式中，yk为Yk可行域内数值，Ak为Yk的可行域，P(Yk＝yk|X1＝x1,X2＝x2,X3＝x3,X4＝x4,X5＝x5)表示在X1＝x1,X2＝x2,X3＝x3,X4＝x4,X5＝x5给定的条件下，Yk＝yk的概率；P(Yk＝yk)表示Yk＝yk的概率；
本实施例中，选取可行域内最大概率估计值获得最佳施工索力，也可采取局部极值、概率平均值等方法估计最佳施工索力；
(5)将目标斜拉索下Yk值的最大可能估计值代入式(6)至式(8)，求出目标斜拉索的第一次张拉索力N1、第二次张拉索力N2和第三次张拉索力N3，即获得了斜拉索的施工索力；
(6)由于确定了全部施工过程的斜拉索张拉力，相当于确定了成桥状态索力。完成桥梁施工计算，获得成桥索力。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于大数据的组合梁斜拉桥索力估计方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，确定组合梁斜拉桥中的关键参数，其中，所述关键参数包括中跨跨径X1、中跨跨径与塔高的比值X2、边跨跨径与中跨跨径的比值X3、桥梁宽度X4、目标组合梁斜拉桥拉索位置X5，以及目标组合梁斜拉桥中的所有斜拉索中的其中任一斜拉索的第一次张拉索力代表值Y1、第二次张拉索力代表值Y2和第三次张拉索力代表值Y3；
步骤2，选取若干座关键参数Xi各不相同的组合梁斜拉桥，其中，i＝1，2，3，4，5，分别获取每一座组合梁斜拉桥中的每一根斜拉索的第一次张拉索力代表值Y1、第二次张拉索力代表值Y2和第三次张拉索力代表值Y3，并对每一座组合梁斜拉桥的中跨跨径X1、中跨跨径与塔高的比值X2、边跨跨径与中跨跨径的比值X3、桥梁宽度X4和目标组合梁斜拉桥拉索位置X5，以及该组合梁斜拉桥中的每一根斜拉索的第一次张拉索力代表值Y1、第二次张拉索力代表值Y2和第三次张拉索力代表值Y3进行离散和模糊处理；
步骤3，针对目标组合梁斜拉桥，对该目标组合梁斜拉桥的每一根斜拉索的第一次张拉索力代表值Y1、第二次张拉索力代表值Y2和第三次张拉索力代表值Y3进行概率估计，选取最大可能张拉索力估计值作为该斜拉索的施工索力，从而计算得到目标组合梁斜拉桥的每一根斜拉索的成桥索力。
2.根据权利要求1所述的一种基于大数据的组合梁斜拉桥索力估计方法，其特征在于，步骤1中，所述中跨跨径X1如式(1)所示：
X1＝Lmid (1)
式中，Lmid为目标组合梁斜拉桥中跨跨径；
所述中跨跨径与塔高的比值X2如式(2)所示：
Figure FDA0002706899150000011
式中，h为目标组合梁斜拉桥塔高；
所述边跨跨径与中跨跨径的比值X3如式(3)所示：
Figure FDA0002706899150000012
式中，Lside为目标组合梁斜拉桥边跨跨径；
所述桥梁宽度X4如式(4)所示：
X4＝W (4)
式中，W为目标组合梁斜拉桥桥梁宽度；
所述目标组合梁斜拉桥拉索位置X5如式(5)所示：
X5∈(-3.5，0)∪(0，3.5) (5)
式中，定义塔根位置为0，跨中位置为-3.5，过渡墩位置为3.5，辅助墩位置为2.5，其余位置线性插入；
其中，当选定某一组合梁斜拉桥时，该组合梁斜拉桥的中跨跨径X1、中跨跨径与塔高的比值X2、边跨跨径与中跨跨径的比值X3和桥梁宽度X4均是唯一确定的；当选定该组合梁斜拉桥的某一斜拉索时，目标组合梁斜拉桥拉索位置X5是唯一确定的；
在施工过程中，每一根斜拉索都需张拉三次，因此，所述目标组合梁斜拉桥中的所有斜拉索中的其中任一斜拉索的第一次张拉索力代表值Y1如式(6)所示：
Figure FDA0002706899150000021
式中，N1为该斜拉索第一次张拉索力；θ为斜拉索角度；Gs为该斜拉索所在节段主梁钢结构部分重力；Gc该斜拉索所在节段主梁混凝土结构部分重力；Ga为该斜拉索所在节段主梁其他荷载重力；
第二次张拉索力代表值Y2如式(7)所示：
Figure FDA0002706899150000022
式中，N2为该斜拉索第二次张拉索力；
第三次张拉索力代表值Y3如式(8)所示：
Figure FDA0002706899150000023
式中，N3为该斜拉索第三次张拉索 力；Gw为该斜拉索所在节段主梁结构附加重力；E为该斜拉索弹性模量；A为该斜拉索面积。
3.根据权利要求2所述的一种基于大数据的组合梁斜拉桥索力估计方法，其特征在于，步骤2中，所述的对每一座组合梁斜拉桥的中跨跨径X1、中跨跨径与塔高的比值X2、边跨跨径与中跨跨径的比值X3、桥梁宽度X4和目标组合梁斜拉桥拉索位置X5，以及该组合梁斜拉桥中的每一根斜拉索的第一次张拉索力代表值Y1、第二次张拉索力代表值Y2和第三次张拉索力代表值Y3进行离散和模糊处理如式(9)和式(10)所示：
Figure FDA0002706899150000031
Figure FDA0002706899150000032
式中，pi代表Xi模糊处理前相应参数的权重；pi，j代表Xi模糊处理后相应参数的权重；δi表示Xi的离散精度；pk代表Yk模糊处理前相应参数的权重；pk，j代表Yk模糊处理后相应参数的权重；δk表示Yk的离散精度；n表示设定个数，对于一个参数，对该参数模糊处理后得到2n+1个结果。
4.根据权利要求3所述的一种基于大数据的组合梁斜拉桥索力估计方法，其特征在于，步骤3进一步包括：
步骤3-1，对于目标组合梁斜拉桥的目标斜拉索，具有唯一一组输入数据：
Xi＝xi，i＝1，2，3，4，5 (11)
式中，xi为目标组合梁斜拉桥的目标斜拉索对应的Xi的输入数值；
步骤3-2，对于目标组合梁斜拉桥的目标斜拉索，确定相关基本数据，所述相关基本数据包括斜拉索重量、斜拉索截面尺寸、桥面板预应力种类、桥面板预应力数量、桥塔类型、桥塔截面尺寸和主梁截面尺寸；
步骤3-3，对该目标组合梁斜拉桥的每一根斜拉索，采用贝叶斯估计方法，依次对Yk可行域内的全部值求解估计概率，其中，可行域为步骤2中所有组合梁斜拉桥的所有斜拉索的Yk进行离散和模糊处理后得到的所有结果；
Figure FDA0002706899150000041
式中，P(Y1|X1，X2，X2，X3，X5)表示在X1，X2，X2，X3，X5给定的条件下，Y1的概率；P(Y1)表示Y1的概率；P(X1|Y1)表示在Y1给定的条件下，X1的概率；P(X2|Y1)表示在Y1给定的条件下，X2的概率；P(X3|Y1)表示在Y1给定的条件下，X3的概率；P(X4|Y1)表示在Y1给定的条件下，X4的概率；P(X5|Y1)表示在Y1给定的条件下，X5的概率；P(X1，X2，X3，X4，X5)表示X1，X2，X2，X3，X5的概率；
P(Y2|X1，X2，X2，X3，X5)表示在X1，X2，X2，X3，X5给定的条件下，Y2的概率；P(Y2)表示Y2的概率；P(X1|Y2)表示在Y2给定的条件下，X1的概率；P(X2|Y2)表示在Y2给定的条件下，X2的概率；P(X3|Y2)表示在Y2给定的条件下，X3的概率；P(X4|Y2)表示在Y2给定的条件下，X4的概率；P(X5|Y2)表示在Y2给定的条件下，X5的概率；
P(Y3|X1，X2，X2，X3，X5)表示在X1，X2，X2，X3，X5给定的条件下，Y3的概率；P(Y3)表示Y3的概率；P(X1|Y3)表示在Y3给定的条件下，X1的概率；P(X2|Y3)表示在Y3给定的条件下，X2的概率；P(X3|Y3)表示在Y3给定的条件下，X3的概率；P(X4|Y3)表示在Y3给定的条件下，X4的概率；P(X5|Y3)表示在Y3给定的条件下，X5的概率；
步骤3-4，对全部可行域内的Yk进行计算后，选取该目标斜拉索下Yk值的最大可能估计值：
对于任意的Yk＝yk，
Figure FDA0002706899150000051
Figure FDA0002706899150000052
式中，yk为Yk可行域内数值，Ak为Yk的可行域，P(Yk＝yk|X1＝x1，X2＝x2，X3＝x3，X4＝x4，X5＝x5)表示在X1＝x1，X2＝x2，X3＝x3，X4＝x4，X5＝x5给定的条件下，Yk＝yk的概率；P(Yk＝yk)表示Yk＝yk的概率；
步骤3-5，将目标斜拉索下Yk值的最大可能估计值代入式(6)至式(8)，求出目标斜拉索的第一次张拉索力N1、第二次张拉索力N2和第三次张拉索力N3，即获得了斜拉索的施工索力；
步骤3-6，根据斜拉索的施工索力，求得斜拉索的成桥索力。
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